專利名稱：瞬態(tài)工況下的柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬發(fā)動機(jī)反饋控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種瞬態(tài)エ況下的柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
隨著石油資源的緊缺和環(huán)境問題的凸顯，對柴油機(jī)的燃燒品質(zhì)提出了更高的要求。提高發(fā)動機(jī)燃燒品質(zhì)，可以提高燃料利用率，也提高了機(jī)內(nèi)浄化程度降低排放以減少后處理器的壓力。CA50是50%燃燒質(zhì)量所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，是表征發(fā)動機(jī)燃燒過程的重要參數(shù),反映著發(fā)動機(jī)工作過程的經(jīng)濟(jì)性。A CA50 (各循環(huán)間CA50的變動)増大，發(fā)動機(jī)排放煙度惡 化，經(jīng)濟(jì)性變差。燃燒過程中控制A CA50，使其越小，與獲得較高的熱效率，提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低煙度的排放是相一致的。EGR技術(shù)已經(jīng)成為車用柴油機(jī)降低NOx排放以及控制燃燒速度和燃燒相位的重要手段之一。在穩(wěn)態(tài)エ況下EGR率對CA50影響有限，但是在瞬變過程中，CA50隨EGR變化率變化明顯，因此可以通過控制瞬態(tài)エ況下的EGR率達(dá)到控制A CA50的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是在瞬變エ況下，提供一種閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以CA50作為反饋參數(shù)，通過控制EGR率控制CA50，達(dá)到減小A CA50,改善煙度排放和提高經(jīng)濟(jì)性的目的。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是建立不同エ況下的目標(biāo)CA50脈譜，由CA50解析單元實(shí)時計(jì)算CA50，與目標(biāo)CA50進(jìn)行比較。根據(jù)兩者之間的差值，由EGR電控單元向電控EGR閥發(fā)送驅(qū)動信號，將電控EGR閥調(diào)節(jié)到合適的位置。本發(fā)明由電控EGR閥I、過濾器2、冷卻器3、壓氣機(jī)4、潤輪機(jī)5、三通6、發(fā)動機(jī)排氣總管7、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8、凸輪軸位置傳感器9、曲軸位置傳感器10、缸壓傳感器11、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管12、冷卻器13、電荷放大器14、CA50解析單元15、CAN總線16、EGR電控單元17、油門踏板位置傳感器18和起動開關(guān)19組成，其中凸輪軸位置傳感器9和曲軸位置傳感器10與CA50解析單元15連接；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8和油門踏板位置傳感器18與EGR電控單元17連接；缸壓傳感器11經(jīng)電荷放大器14與CA50解析單元15連接；起動開關(guān)19 一端與CA50解析單元15連接，起動開關(guān)19另一端與EGR電控單元17連接；CA50解析單元15和EGR電控單元17由CAN總線16連接；三通6的入口與發(fā)動機(jī)排氣總管7連接，三通6的一出口與渦輪機(jī)5連接，三通6的另ー出口與電控EGR閥I入口連接；電控EGR閥I出ロ經(jīng)過濾器2和冷卻器3與壓氣機(jī)4的入口連接；壓氣機(jī)4的出ロ經(jīng)冷卻器13與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管12連接。所述的CA50解析單元15中蓄電池I 20經(jīng)電源電路I 21向單片機(jī)I 22供電，曲軸、凸輪軸轉(zhuǎn)角信號24和缸壓信號25經(jīng)信號處理電路I 23向單片機(jī)I 22傳輸。
所述的EGR電控單元17中蓄電池II 26經(jīng)電源電路II 27分別向單片機(jī)II 29和電控EGR閥驅(qū)動電路28供電，電控EGR閥I由電控EGR閥驅(qū)動電路28控制；油門踏板位置信號31和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號32經(jīng)信號處理電路II 30向單片機(jī)II 29傳輸。一種瞬態(tài)エ況下柴油機(jī)燃燒控制方法包括下列步驟I.采集凸輪軸位置傳感器9、曲軸位置傳感器10和缸壓傳感器11的信號，傳送給CA50解析單元15 ；2. CA50解析単元15根據(jù)所得凸輪軸位置、曲軸位置和缸壓參數(shù)計(jì)算得到實(shí)時CA50 ；3.實(shí)時CA50通過CAN總線16傳送給EGR電控單元17 ；4.采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8和油門踏板位置傳感器17信號，判斷發(fā)動機(jī)エ況；·5.以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板位置作為輸入?yún)?shù)，查詢2維MAP得到該エ況下的目標(biāo) CA50 ；6.將實(shí)時CA50與目標(biāo)CA50進(jìn)行比較；7.用PI控制器計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥I需要的脈寬調(diào)制(PWM)信號值，輸出給電控EGR閥驅(qū)動電路。發(fā)動機(jī)A通過曲軸位置傳感器10得到曲軸位置信號，通過凸輪軸位置傳感器9得到凸輪軸位置信號，將它們傳遞給CA50解析単元15 ;凸輪軸位置信號用于判斷發(fā)動機(jī)是處于壓縮上止點(diǎn)還是處于排氣上止點(diǎn)；缸壓傳感器11測取缸壓信號25通過電荷放大器14放大后，傳送到CA50解析単元15 ；CA50解析単元15對接收到的信號進(jìn)行分析處理后，計(jì)算實(shí)時CA50 ；CA50解析單元15將計(jì)算出的實(shí)時CA50通過CAN總線16傳遞給EGR電控單元17 ；EGR電控單元17將接收到的實(shí)時CA50與當(dāng)前エ況目標(biāo)CA50對比，利用PI控制器計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥I的脈寬調(diào)制(PWM)的值，輸出給電控EGR閥驅(qū)動電路28。調(diào)節(jié)電控EGR閥I開度。發(fā)動機(jī)廢氣從發(fā)動機(jī)排氣總管7出來后經(jīng)三通6，一部分帶動渦輪機(jī)5做功；一部分經(jīng)電控EGR閥I進(jìn)入到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管12，改變?nèi)剂铣煞郑瑥亩鴮?shí)現(xiàn)燃燒控制。CA50解析単元15中電源電路I 21負(fù)責(zé)為整個CA50解析単元15供電；信號處理電路I 23負(fù)責(zé)對缸壓傳感器11輸出的缸壓信號25進(jìn)行處理，濾去可能出現(xiàn)的高頻噪聲，并解決缸壓傳感器11常見的零點(diǎn)漂移問題；同時信號處理電路I 23會對曲軸、凸輪軸位置信號24進(jìn)行處理；信號處理電路I 23的輸出端與單片機(jī)I 22的信號輸入端連接，單片機(jī)I 22根據(jù)所得信號計(jì)算實(shí)時CA50。CA50解析單元15與EGR電控單元17的通信由CAN總線16實(shí)現(xiàn)，通信電路一端與CA50解析單元15的單片機(jī)I 22的CAN接ロ連接，另一端與EGR控制單元17的單片機(jī)I 22的CAN接ロ連接。EGR電控單元17中電源電路II 27負(fù)責(zé)為整個EGR電控單元17供電；單片機(jī)II 29接收CAN總線16傳輸過來的實(shí)時CA50數(shù)據(jù)，單片機(jī)II 29將接收到的實(shí)時CA50與當(dāng)前エ況目標(biāo)CA50對比，利用PI控制器計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥的脈寬調(diào)制(PWM)的值，輸出給電控EGR閥驅(qū)動電路28 ;電控EGR閥驅(qū)動電路28的輸入端與單片機(jī)II 29的脈寬調(diào)制(PWM)輸出端連接，電控EGR閥驅(qū)動電路28的輸出端與電控EGR閥I連接。本發(fā)明的工作原理如下發(fā)動機(jī)工作時CA50解析單元15采集曲軸凸輪軸位置信號24、各缸缸壓信號25，CA50解析単元15的單片機(jī)I 22根據(jù)采集到的信號進(jìn)行計(jì)算得到實(shí)時CA50 ;通過CAN總線16將實(shí)時CA50傳送給EGR電控單元17 ；EGR電控單元17采集油門踏板位置信號31、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號32，計(jì)算出驅(qū)動信號傳遞給電控EGR閥驅(qū)動電路28，控制電控EGR閥I開度。本發(fā)明的工作過程如下在車用柴油機(jī)開始工作時，起動開關(guān)19接通，CA50解析単元15上電，CA50解析単元15開始工作。首先，控制程序開始初始化操作，設(shè)定有關(guān)寄存器的值，將相關(guān)的參數(shù)讀入RAM中。隨后，控制程序進(jìn)行開中斷操作，打開以10毫秒為周期的主循環(huán)控制程序。之后主循環(huán)控制程序判斷10毫秒時間周期是否到達(dá)，如果沒有，繼續(xù)等待，如果到達(dá)，則進(jìn)入傳感器信號采集模塊。傳感器信號采集模塊采集缸壓信號25，曲軸、凸輪軸位置信號24，信號處理電路I 23對其進(jìn)行處理，然后存入RAM中。之后主程序進(jìn)入CA50計(jì)算模塊，根據(jù)所得參數(shù)計(jì)算出實(shí)時CA50。計(jì)算得到的實(shí)時CA50通過通信電路發(fā)送到CAN總線16上。起動開關(guān)19接通后，EGR電控單元17上電，EGR電控單元17開始工作。首先，控制程序開始初始化操作，設(shè)定有關(guān)寄存器的值，將相關(guān)控制參數(shù)讀入RAM中。隨后控制程序進(jìn)行開中斷操作，打開以10秒為周期的主循環(huán)控制程序。之后主循環(huán)控制程序判斷10毫秒時間周期是否達(dá)到，如果沒有，繼續(xù)等待，如果到達(dá)，則進(jìn)入傳感器信號采集模塊。傳感器 信號采集模塊采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號32、油門踏板位置信號31。信號處理電路II 30對其進(jìn)行處理之后存入RAM中。之后主程序進(jìn)入EGR率控制模塊，按照上述的工作原理的要求，計(jì)算驅(qū)動信號值，輸出給電控EGR閥I。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果I.利用閉環(huán)控制系統(tǒng)控制柴油機(jī)的燃燒，可以減少由于發(fā)動機(jī)制造和裝配上的差異對發(fā)動機(jī)的性能造成的影響。2. CA50對發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放有很大的影響，以A CA50作為控制目標(biāo)可以有效地改善發(fā)動機(jī)的排放和經(jīng)濟(jì)性。3.在瞬態(tài)エ況下EGR率對CA50影響較大，以EGR率為控制手段，可以有效地控制A CA50，改善發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放。4.用CAN總線實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，可提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃?.本發(fā)明適合各種柴油機(jī)，尤其是大功率的車用柴油機(jī)。


圖I是瞬態(tài)エ況下的柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意2是CA50解析單元結(jié)構(gòu)示意3是EGR電控單元結(jié)構(gòu)示意4是程序總體流程圖其中A.發(fā)動機(jī)I.電控EGR閥2.過濾器3.冷卻器I 4.壓氣機(jī)5.渦輪機(jī)6.三通
7.發(fā)動機(jī)排氣總管8.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器9.凸輪軸位置傳感器10.曲軸位置傳感器11.缸壓傳感器12.發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管13.冷卻器II 14.電荷放大器15. CA50解析単元16. CAN總線
17.EGR電控單元18.油門踏板位置傳感器19.起動開關(guān)20.蓄電池I 21.電源電路I 22.單片機(jī)I 23.信號處理電路I 24.曲軸、凸輪軸位置信號25.缸壓信號26.蓄電池II 27.電源電路II 28.電控EGR閥驅(qū)動電路29.單片機(jī)II 30.信號處理電路II 31.油門踏板位置信號32.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步說明。本發(fā)明的一種柴油機(jī)瞬態(tài)エ況下燃燒控制系統(tǒng)，其連接如圖I所示，它由電控EGR閥I、過濾器2、冷卻器I 3、壓氣機(jī)4、渦輪機(jī)5、三通6、發(fā)動機(jī)排氣總管7、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8、凸輪軸位置傳感器9、曲軸位置傳感器10、缸壓傳感器11、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管12、冷卻器
II13、電荷放大器14、CA50解析單元15、CAN總線16、EGR電控單元17、油門踏板位置傳感器18和起動開關(guān)19組成，其中凸輪軸位置傳感器9和曲軸位置傳感器10與CA50解析單元15連接；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8和油門踏板位置傳感器18與EGR電控單元17連接；缸壓 傳感器11經(jīng)電荷放大器14與CA50解析單元15連接；起動開關(guān)19 一端與CA50解析單元15連接，起動開關(guān)19另一端與EGR電控單元17連接；CA50解析單元15和EGR電控單元17由CAN總線16連接；三通6的入口與發(fā)動機(jī)排氣總管7連接，三通6的一出口與渦輪機(jī)5連接，三通6的另ー出口與電控EGR閥I入口連接；電控EGR閥I出口經(jīng)過濾器2和冷卻器I 3與壓氣機(jī)4的入口連接；壓氣機(jī)4的出口經(jīng)冷卻器II 13與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管12連接。瞬態(tài)エ況下的柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)的CA50解析単元15的結(jié)構(gòu)如圖2所示。CA50解析単元15中包括電源電路I 21，單片機(jī)I 22，信號處理電路I 23。電源電路I 21負(fù)責(zé)為整個CA50解析單元15供電；信號處理電路I 23負(fù)責(zé)對缸壓信號25、曲軸凸輪軸位置信號24進(jìn)行處理；單片機(jī)I 22對輸入的信號進(jìn)行分析計(jì)算得到實(shí)時CA50。CA50解析単元15與EGR電控單元17的通信由CAN總線16實(shí)現(xiàn)，通信電路一端與CA50解析單元15的單片機(jī)I 22的CAN接ロ連接，通信電路另一端與EGR電控單元17的單片機(jī)II 29的CAN接ロ連接。瞬態(tài)エ況下的柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)的EGR電控單元17的結(jié)構(gòu)如圖3所示。EGR電控單元17由電源電路II 27，單片機(jī)II 29，電控EGR閥驅(qū)動電路28組成。電源電路II 27負(fù)責(zé)為整個EGR電控單元17供電；單片機(jī)II 29接收CAN總線16傳輸過來的實(shí)時CA50數(shù)據(jù)，單片機(jī)II 29將接收到的實(shí)時CA50與當(dāng)前エ況目標(biāo)CA50對比，利用PI控制器計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥的脈寬調(diào)制(PWM)的值，輸出給電控EGR閥驅(qū)動電路28 ；電控EGR閥驅(qū)動電路28的輸出端與電控EGR閥I連接。一種瞬態(tài)エ況下柴油機(jī)燃燒控制方法，包括下列步驟I.采集凸輪軸位置傳感器9、曲軸位置傳感器10和缸壓傳感器11的信號，傳送給CA50解析單元15 ；2. CA50解析単元15根據(jù)所得凸輪軸位置、曲軸位置和缸壓參數(shù)計(jì)算得到實(shí)時CA50 ；3.實(shí)時CA50通過CAN總線16傳送給EGR電控單元17 ；4.采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器8和油門踏板位置傳感器17信號，判斷發(fā)動機(jī)エ況；5.以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板位置作為輸入?yún)?shù)，查詢2維MAP得到該エ況下的目標(biāo) CA50 ；6.將實(shí)時CA50與目標(biāo)CA50進(jìn)行比較；7.用PI控制器計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥I需要的脈寬調(diào)制(PWM)信號值，輸出給電控EGR閥 驅(qū)動電路。
權(quán)利要求
1.一種瞬態(tài)エ況下柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)，其特征在于由電控EGR閥(I)、過濾器⑵、冷卻器(3)、壓氣機(jī)(4)、潤輪機(jī)(5)、三通(6)、發(fā)動機(jī)排氣總管(7)、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(8)、凸輪軸位置傳感器(9)、曲軸位置傳感器(10)、缸壓傳感器(11)、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管(12)、冷卻器(13)、電荷放大器(14)、CA50解析單元(15)、CAN總線(16)、EGR電控單元(17)、油門踏板位置傳感器(18)和起動開關(guān)(19)組成，其中凸輪軸位置傳感器(9)和曲軸位置傳感器(10)與CA50解析単元(15)連接；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器⑶和油門踏板位置傳感器(18)與EGR電控單元(17)連接；缸壓傳感器(11)經(jīng)電荷放大器(14)與CA50解析單元(15)連接；起動開關(guān)(19) 一端與CA50解析單元(15)連接，起動開關(guān)(19)另一端與EGR電控單元(17)連接；CA50解析単元(15)和EGR電控單元(17)由CAN總線(16)連接；三通(6)的入口與發(fā)動機(jī)排氣總管(7)連接，三通(6)的一出口與渦輪機(jī)(5)連接，三通(6)的另ー出ロ與電控EGR閥(I)入口連接；電控EGR閥(I)出口經(jīng)過濾器⑵和冷卻器(3)與壓氣機(jī)(4)的入口連接；壓氣機(jī)(4)的出口經(jīng)冷卻器(13)與發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管(12)連接。
2.按權(quán)利要求I所述的瞬態(tài)エ況下柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的CA50解析單元(15)中蓄電池I (20)經(jīng)電源電路I (21)向單片機(jī)I (22)供電，曲軸、凸輪軸轉(zhuǎn)角信號(24)和缸壓信號(25)經(jīng)信號處理電路I (23)向單片機(jī)I (22)傳輸。
3.按權(quán)利要求I所述的瞬態(tài)エ況下柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)，其特征在于所述的EGR電控単元(17)中蓄電池II (26)經(jīng)電源電路II (27)分別向單片機(jī)II (29)和電控EGR閥驅(qū)動電路(28)供電，電控EGR閥⑴由電控EGR閥驅(qū)動電路(28)控制；油門踏板位置信號(31)和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號(32)經(jīng)信號處理電路II (30)向單片機(jī)II (29)傳輸。
4.一種瞬態(tài)エ況下柴油機(jī)燃燒控制方法，其特征在于包括下列步驟 1)采集凸輪軸位置傳感器(9)、曲軸位置傳感器(10)和缸壓傳感器(11)的信號，傳送給CA50解析單元(15); 2)CA50解析単元(15)根據(jù)所得凸輪軸位置、曲軸位置和缸壓參數(shù)計(jì)算得到實(shí)時CA50 ； 3)實(shí)時CA50通過CAN總線(16)傳送給EGR電控單元(17)； 4)采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器(8)和油門踏板位置傳感器(17)信號，判斷發(fā)動機(jī)エ況； 5)以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板位置作為輸入?yún)?shù)，查詢2維MAP得到該エ況下的目標(biāo)CA50 ； 6)將實(shí)時CA50與目標(biāo)CA50進(jìn)行比較； 7)用PI控制器計(jì)算驅(qū)動電控EGR閥(I)需要的脈寬調(diào)制信號值，輸出給電控EGR閥驅(qū)動電路。
全文摘要
瞬態(tài)工況下的柴油機(jī)燃燒控制系統(tǒng)和方法屬發(fā)動機(jī)反饋控制技術(shù)領(lǐng)域，在瞬態(tài)工況下CA50對EGR率敏感，因此在瞬態(tài)工況下利用閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)EGR率可以較精確地控制CA50。本發(fā)明利用CA50解析單元采集缸壓信號、凸輪軸位置信號、曲軸位置信號，通過計(jì)算得到實(shí)時CA50，通過CAN總線傳送給EGR電控單元，EGR電控單元采集發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和油門踏板位置信號，判斷發(fā)動機(jī)工況，通過2維MAP查詢該工況下的目標(biāo)CA50，將實(shí)時CA50與目標(biāo)CA50進(jìn)行比較，根據(jù)二者之間的差值，利用PI控制器進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)，然后向驅(qū)動電路發(fā)出驅(qū)動信號，調(diào)節(jié)電控EGR閥開度，使△CA50減小，改善燃燒品質(zhì)，最終達(dá)到提高發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、改善排放的目的，本發(fā)明適合各種柴油機(jī)，尤其是大功率的車用柴油機(jī)。
文檔編號F02D21/08GK102797572SQ20121030569
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月26日
發(fā)明者劉忠長, 孫士杰, 韓永強(qiáng), 田徑, 王忠恕, 羅濤, 崔廣超 申請人:吉林大學(xué)